Klärbecken mit Auslasseinrichtung für Klarwasser

Abstract

 Klärbecken mit Auslaßeinrichtung (40) für Klarwasser, welche Auslaßeinrichtung im oberen Beckenbereich angeordnet ist und ein vorgeschaltetes Steigrohr (48) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenstrom der Klarwasserentnahme zu dem Strömungsquerschnitt des Steigrohres (48) in einem solchen Verhältnis steht, dass die Aufstiegsgeschwindigkeit des Wassers im Steigrohr (48) niedriger ist als die Sinkgeschwindigkeit der im Wasser enthaltenen Schlammpartikel.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klärbecken mit Auslaßeinrichtung für Klarwasser, welche Auslaßeinrichtung im oberen Beckenbereich angeordnet ist und ein vorgeschaltetes Steigrohr umfaßt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Bei den Klärbecken der eingangs genannten Art handelt es sich üblicherweise um die letzte Klärstufe einer Kläranlage, in der das vorgereinigte Schmutzwasser einer biologischen Endreinigung durch Belebtschlammklärung unterzogen wird. Der dabei anfallende überschüssige Belebtschlamm sammelt sich auf dem Boden des Beckens und wird von dort aus in ein Becken zurückgepumpt, das eine Vorstufe bei der Klärung darstellt und aus welchem das Schmutzwasser in das Klärbecken eingeleitet wird.

[0003] Insbesondere kann es sich bei dem Klärbecken der hier vorliegenden Art um eine Klärkammer einer Kleinkläranlage handeln, wie sie beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster 202 04 232 U1 sowie in den europäischen Patentanmeldungen 00 103 417 und 02 022 120 des Anmelders vorgeschlagen werden. Bei den dort beschriebenen Kleinkläranlagen ist das Klärbecken eine der Kammern eines Drei-Kammer-Behälters, der durch Trennwände unterteilt ist. Die Überführung des Schmutzwassers von einer Kammer in die nächste, die die jeweils folgende Klärstufe darstellt, erfolgt durch Pumpeinrichtungen über die Trennwände hinweg. Überschüssiger Belebtschlamm, der sich in der Klärkammer der letzten Klärstufe ansammelt, wird vom Kammerboden mittels einer Pumpeinrichtung in die vorhergehende Kammer rückgeführt.

[0004] Eine Auslaßeinrichtung für das Klarwasser aus dem Klärbecken ist üblicherweise im oberen Beckenbereich angeordnet, so dass das Klarwasser etwa auf der Höhe des Wasserspiegels entnommen und abgeleitet werden kann. Die in den zitierten Anmeldungen vorgeschlagenen Auslaßeinrichtungen umfassen einfache Überläufe und Pumpeinrichtungen, die das Klarwasser aufnehmen und abführen. Es versteht sich, dass das entnommene Klarwasser weitgehend frei von Belebtschlamm sein soll, der sich in dem Becken befindet und insbesondere bei der Einleitung von Luft mit einem Belüftungs-Injektor aufgewirbelt wird.

[0005] Wenngleich die Belebtschlammflocken schwerer als das Wasser sind und sich mit der Zeit am Beckenboden ablagern, führen die ständigen Turbulenzen beim Einleiten des Wassers dazu, dass auch unmittelbar unterhalb des Wasserspiegels eine gewisse Schlammkonzentration vorherrscht und in die Auslaßeinrichtung gelangt. In der Praxis läßt sich dies nur vermeiden, indem das Klarwasser nicht kontinuierlich entnommen wird, sondern der Betrieb der Auslaßeinrichtung durch Absetzphasen unterbrochen wird, in denen der Belebtschlamm sich allmählich absetzen kann, bis die Konzentration von Verunreinigungen auf Höhe der Auslaßeinrichtung ausreichend gering ist. Der Wechsel zwischen Belüftungsphasen und Absetzphasen begrenzt jedoch den Durchsatz deer Anlage.

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Klärbecken der eingangs genannten Art zu schaffen, das es ermöglicht, kontinuierlich und ohne den genannten Phasenwechsel zu arbeiten und damit den Durchsatz zu erhöhen.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Klärbecken gemäß Anspruch 1 gelöst.

[0008] Der Auslaß des erfindungsgemäßen Klärbeckens ist in einem oberen Abschnitt eines vertikalen Steigrohrs angeordnet, das an seinem unteren Ende mit einer seitlichen Öffnung über einem stark geneigten Boden versehen ist. Der Mengenstrom der Klarwasser-Entnahme steht in einem solchen Verhältnis zu dem Strömungsquerschnitt des Steigrohres, dass die Aufstiegsgeschwindigkeit des Wassers im Steigrohr niedriger ist als die Sinkgeschwindigkeit der im Wasser enthaltenen Schlammpartikel. Der Auslaß umfaßt eine Drosselstelle in einem Ablaufrohr, das im wesentlichen waagerecht aus dem Steigrohr und dem Klärbecken austritt.

[0009] Durch die Anordnung des Auslasses im Steigrohr wird nur Klarwasser entnommen, das zuvor durch die untere Öffnung des Steigrohrs nach oben bis zum Auslaß gestiegen ist. Da der Öffnungsquerschnitt der Drosselstelle relativ klein ist, wird der Durchsatz, also das pro Zeiteinheit entnommene Volumen durch den Öffnungsquerschnitt bestimmt. Dieser kann so bemessen sein, dass der Anstieg des Klarwassers im Steigrohr sehr langsam erfolgt.

[0010] Daher kann sich Belebtschlamm, der im Steigrohr enthalten ist, in dessen unterem Bereich absetzen, und das zum Auslaß gelangende Klarwasser ist weitgehend frei von Verunreinigungen. Das Steigrohr umschließt somit ein Volumen, in dem der Absetzvorgang des Belebtschlamms weitgehend unabhängig davon stattfindet, ob außerhalb des Steigrohrs im übrigen Bereich des Klärbeckens Turbulenzen stattfinden, wie sie etwa beim Einleiten von Schmutzwasser oder Luft auftreten.

[0011] Das Steigrohr bildet damit einen Raum, der von dem übrigen Innenraum des Klärbeckens weitgehend abgeschlossen ist. In diesem Sinn ist es vorteilhaft, wenn das Steigrohr einen unteren Boden aufweist und der Wassereintritt nur durch eine Öffnung oberhalb des Bodens erfolgen kann, die der angrenzenden Behälterwand zugewandt ist. Vorzugsweise ist der Boden des Steigrohrs stark geneigt, so dass angesammelter Schlamm abrutschen und durch die Öffnung austreten kann. Der Boden verhindert insbesondere den Eintritt der im Klärbecken im übrigen herrschenden Turbulenzen in den Raum des Steigrohrs. Das Steigrohr bildet somit einen gesonderten Behälter, in dem eine kontinuierliche Absetzphase stattfindet. Damit ist es nicht mehr notwendig, im gesamten Klärbecken zwischen Belüftungsphasen und Absetzphasen zu wechseln. Die Absetzphasen können entfallen. Das führt zu einer Beschleunigung des Klärbetriebes. Die Klarwasserentnahme kann kontinuierlich erfolgen.

[0012] Die Anlage kann insgesamt kleiner, einfacher und kostengünstiger ausgeführt werden im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen gleicher Leistung.

[0013] Eine im wesentlichen kontinuierliche Klarwasserentnahme ist auch dann möglich, wenn mit unregelmäßigem Schmutzwasserzulauf und zeitweiligen erhöhten Schmutzwassermengen gerechnet werden muß. Das Klärbecken ist insgesamt so auszulegen, dass für derartige Fälle ein ausreichendes Puffervolumen zur Verfügung steht. Im übrigen kann die Drosselstelle im Auslaß selbstverständlich variabel sein und entsprechend dem durchschnittlichen Schmutzwasserzulauf eingestellt werden.

[0014] Vorzugsweise weist das Steigrohr in einem Bereich unterhalb des Auslasses einen Längenabschnitt mit konstantem Strömungsquerschnitt auf.

[0015] Innerhalb dieses vertikalen Abschnitts, in welchem der Strömungsabschnitt erfindungsgemäß größer ist als der Öffnungsquerschnitt des Auslasses, umschließt das Steigrohr ein relativ großes Volumen, in welchem der Vorgang des Absetzens des Klärschlamms stattfinden kann.

[0016] Vorzugsweise ist der Volumenstrom durch den Auslaß auf solche Weise an den Strömungsquerschnitt des Steigrohrs angepaßt, dass die Sinkgeschwindigkeit der im abzuleitenden. Wasser enthaltenen Klärschlamm-Partikel größer ist als die vertikale Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Steigrohrs. In diesem Fall sind also nicht nur die Strömungs- bzw. Öffnungsquerschnitte von Steigrohr und Auslaß aufeinander abgestimmt, sondern es wird auch die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Auslasses berücksichtigt, so dass der Durchsatz durch den Auslaß die Geschwindigkeit begrenzt, mit der das Wasser im Steigrohr aufsteigt.

[0017] Vorzugsweise ist der Einlaß als Drossel mit variablem Öffnungsquerschnitt ausgebildet.

[0018] Wie erwähnt, ist der Boden des Steigrohrs geneigt, und die seitliche Öffnung des Steigrohrs ist am unten liegenden Randbereich des Bodens angeordnet. Der sich auf dem Boden absetzende Schlamm rutscht somit von selbst zur Öffnung hin und kann aus dem Steigrohr austreten.

[0019] Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1

zeigt eine Draufsicht auf einen Drei-Kammer-Behälter mit einem erfindungsgemäß ausgerüsteten Klärbecken; und

Fig. 2

zeigt eine seitliche Detailansicht der erfindungsgemäßen Auslaßeinrichtung für das Klärbecken aus Fig. 1.

[0020] Der in Fig. 1 gezeigte Drei-Kammer-Behälter 10 umfaßt ein kreisrundes Bodenteil 12 mit darauf aufgesetzten Ringen, die eine zylindrische Seitenwand 14 des Behälters 10 bilden. Der Behälter 10 kann insbesondere aus Beton bestehen. Der Innenraum des Behälters 10 ist durch eine diametrale Trennwand 16 sowie eine weitere, zu dieser senkrecht stehende Trennwand 18 unterteilt in ein größeres Becken 20, dessen Volumen der Hälfte des Innenraums des Behälters 10 entspricht, sowie in zwei weitere, kleinere Becken 22.24, die zwei Vierteln dieses Innenraums entsprechen.

[0021] Auf der linken Seite in Fig. 1 ist ein Zulauf 26 angeordnet, der in das größere Becken 20 eintritt und über welchen Schmutzwasser in dieses Becken 20 eingeleitet wird. Im Bereich der diametralen Trennwand 16, der in Fig. 1 oben liegt, sind Überläufe 28 angeordnet, die das größere Becken 20 mit dem oben rechts angeordneten kleineren Becken 22 verbinden. Ferner sind gleichartige Überläufe 30 in der kürzeren Trennwand 18 angeordnet. Die Überläufe 28,30 befinden sich unterhalb des Wasserspiegels, damit Oberflächenschmutz nicht in das jeweils folgende Becken mitgeführt wird.

[0022] Die kleineren Becken 22,24 sind mit Membranlüftern 32,34 versehen, die sich auf dem Boden der Becken 22,24 befinden und von außen beispielsweise durch einen Kompressor mit Luft versorgt werden. Schließlich befindet sich in dem kleineren Becken 24 ein Druckluftheber 36 zur Schlammrückführung aus dem Becken 24 zurück in das erste, größere Becken 20 über die Trennwand 16 hinweg.

[0023] In bezug auf die oben beschriebenen Einzelheiten entspricht der hier dargestellte Drei-Kammer-Behälter 10 der Anordnung, der in dem Gebrauchsmuster 202 04 232 der Anmelderin beschrieben ist. Es handelt sich hierbei um eine Kleinkläranlage zur Belebtschlammklärung. Das Schmutzwasser, das durch den Zulauf 26 in den Behälter 12 eingeleitet wird, gelangt zunächst in das größere Becken 20 und durch die Überläufe 28 und 30 nacheinander in das Becken 22 und in das Becken 24. Das größere Becken 20 wird als Schlammspeicher genutzt; während die Behandlung mit Luftsauerstoff in den kleineren Becken 22,24 erfolgt. Anstelle der erwähnten Membran-Belüfter werden zumeist Tauchbelüfter verwendet. Auf diese Einzelheiten soll es hier nicht ankommen.

[0024] Aus dem letzten Klärbecken 24 wird schließlich das gereinigte Klarwasser mithilfe einer Auslaßeinrichtung 40 entnommen. Diese Auslaßeinrichtung 40 umfaßt ein Ablaufrohr 42, das in Fig. 1 nach rechts unten durch die Beckenwand 14 aus dem Klärbecken 24 austritt, so dass ein Rohrstutzen 44 in das Innere des Beckens 24 hineinragt. Dieser Rohrstutzen 44 verläuft im wesentlichen horizontal, kann jedoch geringfügig geneigt sein, so dass ein selbsttätiges Ablaufen des in den Rohrstutzen 44 eingeleiteten Klarwassers nach außen begünstigt wird.

[0025] Weitere Einzelheiten der Auslaßeinrichtung 40 werden im folgenden anhand von Fig. 2 beschrieben. Der Rohrstutzen 44 verläuft im Inneren des Beckens 24 durch die zylindrische Seitenwand 46 eines vertikalen Steigrohrs 48, das sich in der Nähe der Beckenwand 14 etwa vom Wasserspiegel bis zu einem Bereich oberhalb des Bodens 12 erstreckt. Der Auslaß 50, gebildet durch den Rohrstutzen 44, befindet sich somit in einem oberen Abschnitt des Steigrohrs 48. An seinem oberen Ende ist das Steigrohr 48 offen, und sein unteres Ende ist durch einen gegenüber der Horizontalen geneigten Boden 52 weitgehend verschlossen. Lediglich in dem Randbereich 54, der das untere Ende des Steigrohrs 48 darstellt, befindet sich eine Öffnung 56 in der zylindrischen Seitenwand 46, durch die das im Becken 24 enthaltene Wasser in das Steigrohr 48 eindringen und in diesem aufsteigen kann. Die Öffnung liegt auf der der Beckenwand 14 zugewandten Seite des Steigrohrs.

[0026] In einem vertikalen Abschnitt, der an seinem unteren Ende durch den oberen Rand des geneigten Bodens 52 und an seinem oberen Ende durch die Unterkante des Rohrstutzens 44 begrenzt wird und in Fig. 2 durch die gestrichelten Linien L1 und L2 bezeichnet wird, weist das Steigrohr 48 einen konstanten kreisförmigen Innenquerschnitt auf. Das heißt, das innerhalb des Steigrohrs 48 aufsteigende Wasser durchströmt in vertikaler Richtung innerhalb des Abschnitts zwischen L1 und L2 einen konstanten Strömungsquerschnitt. Erreicht das Wasser den Auslaß 50 des Rohrstutzens 44, strömt es in das Ablaufrohr 42 ein und wird aus dem Becken 24 abgeführt.

[0027] Das in dem Becken 24 enthaltene Wasser führt Klärschlamm mit sich, der schwerer als Wasser ist und sich daher auf dem Boden 12 des Beckens 24 absetzt.

[0028] Durch Turbulenzen im Becken 24, die zum Beispiel beim Einleiten von Luft entstehen, wird der Schlamm jedoch immer wieder aufs Neue aufgewirbelt, so dass die Konzentration von Schlammpartikeln im Bereich der Wasseroberfläche relativ hoch sein kann und ein unmittelbares Abführen des Klarwassers im Wasseroberflächenbereich problematisch ist. Das vom Steigrohr 48 umschlossene Wasservolumen ist hingegen vor dem Auftreten solcher turbulenten Strömungen weitgehend geschützt. Die Klärschlammpartikel in dem Wasser, das durch die untere Öffnung 56 in das Steigrohr 48 eintritt und in diesem allmählich aufsteigt, setzen sich auf dem geneigten Boden 52 des Steigrohrs 48 ab und rutschen durch die Öffnung 56 wieder nach außen. Damit gewährleistet wird, dass das Klarwasser, das in den Rohrstutzen 44 eintritt. eine ausreichend niedrige Klärschlammpartikel-Konzentration aufweist, ist der horizontale Strömungsquerschnitt des Steigrohrs 48 im Bereich zwischen den Ebenen L1 und L2 erheblich größer bemessen als der Öffnungsquerschnitt der nicht gezeigten Drosselstelle des Auslasses 50. Der Durchsatz, das heißt, der Volumenstrom durch den Auslaß 50 und der Strömungsquerschnitt des Steigrohrs 48 sind auf solche Weise aufeinander abgestimmt, dass die vertikale Strömungsgeschwindigkeit des innerhalb des Steigrohrs 48 aufsteigenden Wassers relativ klein ist und insbesondere die Sinkgeschwindigkeit der darin enthaltenen Klärschlamm-Partikel größer ist als die Aufstiegsgeschwindigkeit des Wassers. Diese Strömungs- und Querschnittsverhältnisse lassen sich vom Fachmann in einfacher Weise bestimmen. Es ist ferner möglich, den Auslaß 50 als Drossel mit einstellbarem Strömungsquerschnitt vorzusehen, um die Aufstiegsgeschwindigkeit der Wassersäule im Steigrohr 48 auch während des Betriebs der Anlage noch variieren zu können.

[0029] Das Steigrohr 48 stellt zusammen mit dem Rohrstutzen 44 eine Art Abscheider dar, der es ermöglicht, innerhalb der aufsteigenden Wassersäule im Steigrohr 48 die Klärschlamm-Partikel durch die Wirkung der Schwerkraft abzuscheiden und am oberen Ende der Säule Klarwasser durch den Auslaß 50 zu entnehmen, das eine ausreichend niedrige Partikelkonzentration aufweist. Dieser Vorgang ist weitgehend unabhängig davon, ob im Klärbecken 24 Turbulenzen herrschen, die im Bereich außerhalb des Steigrohrs 48 ein Absinken der Klärschlamm-Partikel verhindern. Daher ist keine ausgedehnte Absetzphase mehr notwendig, wie es bei den herkömmlichen Kläranlagen der Fall ist.

[0030] Die Absetzphasen können zumindest stark verkürzt werden, und es ist sogar ein kontinuierliches Entnehmen von Klarwasser durch die Auslaßeinrichtung 40 möglich. Außerdem kann die Anlage so konstruiert sein, dass auf leistungsfähige Pumpeinrichtungen zur Entnahme des Klarwassers ganz verzichtet werden kann, so dass der apparative Aufwand zur Konstruktion der Anlage verringert wird. Eine Umrüstung herkömmlicher Kleinkläranlagen durch nachträglichen Einbau der erfindungsgemäßen Auslaßeinrichtung 40 ist ohne weiteres möglich.

Ansprüche

1. Klärbecken mit Auslaßeinrichtung (40) für Klarwasser, welche Auslaßeinrichtung im oberen Beckenbereich angeordnet ist und ein vorgeschaltetes Steigrohr (48) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenstrom der Klarwasserentnahme zu dem Strömungsquerschnitt des Steigrohres (48) in einem solchen Verhältnis steht, dass die Aufstiegsgeschwindigkeit des Wassers im Steigrohr (48) niedriger ist als die Sinkgeschwindigkeit der im Wasser enthaltenen Schlammpartikel.

2. Klärbecken gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslaßeinrichtung (40) einen Rohrstutzen (44) umfaßt, der aus dem Steigrohr (48) und dem Klärbecken seitlich austritt.

3. Klärbecken gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrstutzen (44) im wesentlichen horizontal durch eine Seitenwand (46) des Steigrohrs (48) und eine Beckenwand (14) geführt ist.

4. Klärbecken gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (48) in einem Bereich unterhalb der Auslaßeinrichtung (40) einen Längenabschnitt (L1.L2) mit konstantem Strömungsquerschnitt aufweist.

5. Klärbecken nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrstutzen (44) einen gedrosselten Auslaß (50) aufweist.

6. Klärbecken nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslaß (50) als Drossel mit variablem Öffnungsquerschnitt ausgebildet ist.

7. Klärbecken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (48) am unteren Ende einen stark geneigten Boden (52) aufweist und dass die untere Öffnung (56) des Steigrohres (48) in der Seitenwand des Steigrohres unmittelbar oberhalb des Bodens (52) angeordnet ist.

8. Klärbecken nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (56) im unteren Bereich des Steigrohrs (48) auf der der Beckenwand (14) zugewandten Seite angeordnet ist.

Amended claims

Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 86(2) EPÜ.

1. Klärbecken mit Auslaßeinrichtung (40) für Klarwasser, welche Auslaßeinrichtung im oberen Beckenbereich angeordnet ist und ein vorgeschaltetes Steigrohr (48) umfaßt, von dessen oberen Bereich ein seitlich aus dem Klärbecken austretender Auslaß (50,42) ausgeht, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt des Steigrohres erheblich größer bemessen ist als der Öffnungsquerschnitt des Auslasses (50), dass das Steigrohr (48) durch einen stark geneigten Boden (52) verschlossen ist und dass im unteren Randbereich (54) des Steigrohres (48) auf der tieferen Seite des geneigten Bodens (52) eine Öffnung (56) unmittelbar oberhalb des Bodens in der Seitenwand (46) des Steigrohres vorgesehen ist.

2. Klärbecken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr derart angeordnet ist, dass die Öffnung (56) der angrenzenden Behälterwand zugewandt ist.

Zeichnung